25 января 1594 года царевна умерла. Причина ее смерти осталась неизвестной. Может быть, она была хилой от природы, а может быть, стала жертвой инфекционного заболевания. В начале 90-х годов от «морового поветрия» в Пскове и Новгороде скончалось много царских воевод и служилых людей, которых пришлось заменять новыми.
Детская смертность вообще в то время была огромной — из-за отсутствия квалифицированной медицинской помощи и не совсем правильного ухода. До четырех лет маленькие дети практически не бывали на свежем воздухе (боялись сглаза) и очень мало получали витаминов, ведь фруктов почти совсем не было. Поэтому рахит и цинга очень часто встречались даже среди знати. Например, изучение погребения XVI века представителей рода Юрьевых-Захарьиных в Ново-Спасском монастыре показало, что многие рано умершие дети страдали от заболевания ног, вызванного рахитом. Цинга стала причиной ранней кончины царя Федора Алексеевича. Немало было и других смертельных детских болезней, поскольку никаких прививок в то время не делали.
Смерть Феодосии повергла царя и царицу в огромное горе. Все их планы о том, чтобы сделать дочь наследницей престола, рухнули. Вновь судьба царского трона становилась одной из острейших проблем.
Можно предположить, что Федор Иванович решил сделать своей преемницей жену. Ирина была умна, хорошо образованна и окружена многочисленными родственниками — опытными политиками, полководцами и дипломатами. С их помощью она могла успешно править государством до самой смерти. В официальных грамотах трафаретной становится такая фраза: «Се яз, царь и великий князь Федор Иванович всея Руси, со своею царицею и великой княгинею, Ириной». Фраза подчеркивала, что соправителем государя является его супруга.
Федор, скорее всего, не обвинял Ирину в отсутствии детей. Может быть, он считал бесплодие наказанием ему самому за грехи отца, часто обагрявшего руки кровью и родственников, и подданных. Поэтому царю никогда не приходила мысль развестись с женой и поискать иную спутницу жизни. Только Ирину он стал представлять как свою наследницу, хотя у той при отсутствии детей перспектив все равно не было. Даже проведя на престоле долгую жизнь, царице в итоге пришлось бы вновь решать проблему передачи власти.
В самом конце 1597 года царь Федор Иванович тяжело заболел. В чем состоял его недуг — неизвестно. Возможно, у него было какое-то смертельное инфекционное заболевание, одно из тех, что уносило жизни очень многих людей в то время. Это предположение возникает из того факта, что Ирину не допустили проститься с умирающим.
Патриарх Иов, присутствовавший при последних часах Федора, подробно описал все, что происходило в царском дворце в ночь с 6 на 7 января. Тяжелобольной государь вдруг почувствовал, что смерть уже близка. К нему явился ангел в светлых одеждах и сообщил, что пора готовиться в последний путь. Федор не стал принимать иноческий чин, поскольку никаких тяжких грехов не совершал. Он лишь попросил окропить себя святой водой, помазать миром и причастить. Затем духовник принял его исповедь. Огорчало умирающего лишь то, что не оставил он после себя детей. Собравшимся боярам объявил, что вместо него будет править царица. Ирине было тридцать с небольшим лет, и она могла достаточно долго управлять государством.
Под утро глаза Федора закрылись навеки, словно он уснул сладким сном. Ему было только сорок лет.
После смерти царя патриарх и бояре отправились к царице с известием о печальном событии.
Едва живая от горя, Ирина получила возможность наконец-то проститься с горячо любимым супругом. Она упала на его бездыханное тело и начала громко рыдать и причитать: «О дорогой мой государь, свет мой преславный! Куда ты ушел? Как ты меня одну вдовой оставил? О солнце пресветлое, почто светозарные лучи свои сокрываешь? Цвет мой прекрасный, почто увядаешь? Сокровище живота моего, звезда златозарная, почто рано закатилась? О пастырь добрый, кому стадо свое вручаешь? Увы, мне, смиренной вдовице, без чад оставшейся. Почто я, убогая, прежде тебя не умерла? Ныне как я могу с тобой разлучиться? Вместе жили, вместе и умрем».
Обняв тело мужа, царица ни за что не хотела с ним расставаться. С трудом брат Борис поднял ее и отвел в терем. После этого вместе с патриархом Иовом он начал приводить бояр и служителей двора к присяге царице Ирине Федоровне. Никто не отказывался. Со слезами на глазах все давали клятву верности государыне.
Затем патриарх отправился в Успенский собор, чтобы отпеть по мертвому великий канон. В это время звонари начали бить в один из главных колоколов, извещая москвичей об утрате. Утром обширный царский двор наполнился горожанами, одетыми в знак скорби в черное. Все они рыдали и желали проститься с государем. Современники отметили, что раньше ни по одному царю так горько не скорбели.